元寶楓籽油微膠囊化及其穩(wěn)定性研究

賈有青， 李 哲， 代 嵐， 吳隆坤， 肖志剛， 秘英靜

(沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，沈陽 110034)

元寶楓屬槭屬植物，因翅果形狀類似于中國古代的“金元寶”而得名，是中國的特有槭屬植物樹種。2018年10月在陜西楊凌召開的全國元寶楓聯(lián)盟大會(huì)提出，元寶楓籽油中含有神經(jīng)酸，是修復(fù)心腦血管的保健油脂，現(xiàn)在元寶楓油脂已經(jīng)應(yīng)用于心腦血管病人的臨床治療上。

王性炎等[1]研究認(rèn)為神經(jīng)酸是大腦神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)組織的核心天然成分,神經(jīng)酸具有促進(jìn)受損神經(jīng)細(xì)胞和組織修復(fù)、再生的功能。并對(duì)神經(jīng)酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)、生物合成途徑、藥理作用、應(yīng)用研究現(xiàn)狀以及神經(jīng)酸產(chǎn)品在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的開發(fā)進(jìn)行詳細(xì)介紹，指出從天然植物油中發(fā)掘神經(jīng)酸是一條可持續(xù)發(fā)展之路。

已有研究通過噴霧干燥制備大豆油脂體微膠囊，并對(duì)膠囊品質(zhì)分析[4-7]。為保持大豆油的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及油脂體的功能性，采用噴霧干燥法制備微膠囊化大豆油脂體，對(duì)微膠囊化工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，探究大豆油脂體微膠囊的包埋率、水分含量、溶解度、堆積密度、流動(dòng)性、微觀結(jié)構(gòu)及其氧化穩(wěn)定性等。

本研究采用噴霧干燥法制備元寶楓籽油脂體微膠囊，通過控制壁材與芯材質(zhì)量比、β-環(huán)糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比、水與壁材體積質(zhì)量比等因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)分析優(yōu)化工藝條件，制備成新型的穩(wěn)定狀態(tài)的元寶楓脂末微膠囊。并對(duì)微膠囊基本理化指標(biāo)、形態(tài)特征及氧化穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)定分析，為元寶楓籽油脂體微膠囊生產(chǎn)與加工提供參考[8]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

元寶楓籽，β-環(huán)糊精(DE 15)，大豆分離蛋白；單硬脂酸甘油酯：食品級(jí)，正己烷、石油醚：分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

ZYJ908型螺旋榨油機(jī)，DSY-9002高速多功能粉碎機(jī)，GL-21M高速冷凍離心機(jī)，SD-1500型噴霧干燥設(shè)備，RV 10D S96旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，KY-D500高剪切乳化分散機(jī)，APV200實(shí)驗(yàn)型高壓均質(zhì)機(jī)，SU8010超高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)。

1.3 方法

1.3.1 元寶楓籽油的提取

參考吳隆坤等[5]方法，將元寶楓籽經(jīng)脫皮并篩選后置于組織搗碎機(jī)破碎研磨1 min，在螺旋榨油機(jī)內(nèi)壓榨，取油并稱質(zhì)量，將油餅用正己烷超聲提取對(duì)超聲溫度、時(shí)間、料液比進(jìn)行單因素和正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，溫度40 ℃，時(shí)間為40 min，料液比為1∶8，將得到元寶楓籽油置于冷凍離心機(jī)內(nèi)并于 4 ℃條件下8 000 r/min離心40 min，收集上層油樣。

1.3.2 元寶楓籽油脂體微膠囊的制備

選擇以β-環(huán)糊精、大豆分離蛋白作為復(fù)配壁材，將壁材在60 ℃按一定比例溶于去離子水中，攪拌均勻，按一定比例添加乳化劑單硬脂酸甘油酯，攪拌均勻。將元寶楓籽油按質(zhì)量比緩慢滴加入溶液中，攪拌10 min左右，采用高速分散機(jī)將乳化液以14 000 r/min處理5～8 min，得到初乳液，將初乳液在27～30 MPa 條件下均質(zhì)2次，每次8～10 min，均質(zhì)后于170 ℃下進(jìn)行噴霧干燥。噴霧干燥制得的微膠囊用密封袋封好，置于-20 ℃冰柜中儲(chǔ)存待用[9]。

1.3.3 元寶楓籽油粉末油脂包埋率測(cè)定

參照李福祥等[8]的方法。元寶楓籽油包埋率計(jì)算公式為：

式中：H2為總含油量/%；H1為表面含油量/%。

表面含油量用石油醚浸泡攪拌測(cè)得，總含油量選擇超聲振蕩的方法測(cè)得。

稱取微膠囊粉末1∶8正己烷，于 40 ℃溫度下超聲振蕩處理 40 min，立即進(jìn)行真空抽濾，用已恒重的圓底燒瓶(m1)收集濾液，用 40 mL 正己烷洗滌濾渣，69 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)并回收溶劑，置于 102 ℃烘箱將溶劑蒸干烘至恒重,得總含油量[10-13]。

1.4 元寶楓籽油脂體微膠囊工藝研究

1.4.1 微膠囊化單因素實(shí)驗(yàn)

噴霧干燥條件為進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃，出風(fēng)溫度80 ℃，通針設(shè)定1.0，壓力0.1 MPa條件下，分別考察壁材與芯材質(zhì)量比(3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1)、β-環(huán)糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比(2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1)、水與壁材體積質(zhì)量比(5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1)對(duì)元寶楓籽油微膠囊包埋率的影響。對(duì)壁材與芯材質(zhì)量比、β-環(huán)糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比、壁材與水質(zhì)量比等進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，考察各因素對(duì)元寶楓籽油脂體微膠囊包埋率的影響[14-17]。

1.4.2 元寶楓籽油微膠囊化的正交試驗(yàn)

考察壁材與芯材質(zhì)量比、β-環(huán)糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比、水與壁材體積質(zhì)量比等各單因素實(shí)驗(yàn)中的拐點(diǎn)分析后，設(shè)定元寶楓籽油的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以確定噴霧干燥處理元寶楓油脂的最佳包埋率。正交實(shí)驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平

1.5 元寶楓籽油脂體微膠囊

1.5.1 掃描電子顯微鏡觀察

將元寶楓籽油脂體微膠囊1.0 g置于粘有導(dǎo)電膠帶的樣品臺(tái)上，吹去多余樣品后進(jìn)行噴金處理，置于儀器樣品室中，調(diào)整加速電壓為5 kV，觀察元寶楓微膠囊樣品的微觀結(jié)構(gòu)[18，19]。

1.5.2 氧化穩(wěn)定性測(cè)定

將最佳工藝制備元寶楓微膠囊樣品及未經(jīng)包埋直接進(jìn)行，噴霧干燥的元寶楓油脂體置于 60 ℃烘箱中儲(chǔ)藏 7 d，進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，通過快速氧化實(shí)驗(yàn)，在油脂氧化穩(wěn)定儀上，測(cè)試油脂的OSI值，OSI值的大小可以說明油脂的氧化穩(wěn)定性，進(jìn)而推算出貨架保質(zhì)期限。參照江連洲等[20]的方法測(cè)定樣品過氧化值。

1.5.3 生理活性分析

通過小白鼠的迷宮實(shí)驗(yàn)對(duì)元寶楓各劑量組別進(jìn)行造模，按照對(duì)照組、模型組、低劑量組、中劑量組及高劑量組對(duì)在0、19、21、24、27、30 d小白鼠的記憶能力進(jìn)行測(cè)試比較差異，研究小白鼠的迷失情況分析；通過元寶楓籽油的作用差異性進(jìn)行腦組織切片對(duì)比分析，通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)小白鼠對(duì)照組與模型組的腦組織使用元寶楓籽油在0 d和30 d的腦組織變化情況[21-30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 壁材與芯材質(zhì)量比對(duì)元寶楓籽油微膠囊包埋率的影響

壁材與芯材質(zhì)量比對(duì)元寶楓籽油微膠囊包埋率的影響如圖1所示，在壁材質(zhì)量與水體積比1∶7，復(fù)配壁材質(zhì)量比4∶1，乳化劑單硬脂酸甘油酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，溫度170 ℃下，隨著元寶楓籽油添加量的減少，元寶楓籽油粉末油脂的包埋率先增加后降低。在壁材與芯材質(zhì)量比3∶1至4∶1期間，油脂包埋率上升，說明元寶楓油脂在此階段壁材與芯材達(dá)到比較合適的比例關(guān)系；在4∶1至5∶1階段，元寶楓籽油含量減少時(shí)，油脂在乳化液中擴(kuò)散的濃度太低，被包埋進(jìn)入的油脂含量降低，從而降低了包埋率。當(dāng)增大元寶楓籽油質(zhì)量時(shí)，壁材與芯材質(zhì)量比相對(duì)降低，壁材不足以包埋大部分的油脂，粉末油脂的表油增大，從而降低了包埋率。

圖1 不同因素對(duì)元寶楓籽油微膠囊包埋率的影響

2.1.2 復(fù)配壁材質(zhì)量比對(duì)元寶楓籽油微膠囊包埋率的影響

復(fù)配壁材質(zhì)量比對(duì)元寶楓籽油微膠囊包埋率的影響如圖1所示，在壁材與芯材質(zhì)量比4∶1，壁材質(zhì)量與水體積比1∶7，乳化劑添加量2%，進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃的條件時(shí)，元寶楓籽油微膠囊包埋率隨元寶楓籽油的添加量增多先增加后降低，在復(fù)配壁材質(zhì)量比2∶1～4∶1范圍內(nèi)，油脂包埋率上升，乳化液的黏度相對(duì)升高，壁材與芯材混合的效果較好，包埋率升高，說明復(fù)配壁材質(zhì)量比在4∶1時(shí)油脂包埋率達(dá)到較高；在復(fù)配壁材質(zhì)量比4∶1～6∶1范圍內(nèi)油脂包埋率下降，達(dá)到6∶1時(shí)，乳化液過于黏稠，降低噴霧壓力進(jìn)行噴霧干燥，隨著大豆分離蛋白的繼續(xù)增加，乳化液過于黏稠，油脂很難進(jìn)入壁材的孔隙中，被包埋進(jìn)入的相對(duì)減少，包埋率會(huì)呈下降趨勢(shì)。

2.1.3 壁材質(zhì)量與水體積比對(duì)包埋率的影響

水與壁材體積質(zhì)量比對(duì)元寶楓籽油微膠囊包埋率的影響如圖1所示，在壁材與芯材質(zhì)量比為4∶1，復(fù)配壁材比例質(zhì)量為4∶1，乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃時(shí)，當(dāng)壁材質(zhì)量與水體積比為1∶5～1∶7時(shí)，乳化液從過于黏稠到較為適合階段，進(jìn)行噴霧干燥處理對(duì)包埋率有正向影響，油脂包埋率呈上升趨勢(shì)；當(dāng)壁材質(zhì)量與水體積比在1∶7～1∶9范圍內(nèi)，油脂包埋率下降，對(duì)包埋率有負(fù)向影響。此外，濃度越大，黏度也相對(duì)增加，減少油脂分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，包埋效果較好。壁材濃度越低，去離子水的濃度相對(duì)增大，水油難溶，油脂分子與壁材混合效果相對(duì)較差，故包埋效果不佳。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2。R1>R3>R2,即壁芯比對(duì)元寶楓籽油微膠囊包埋率影響作用最大，其次是復(fù)配壁材比例，壁材濃度的影響作用最小，且對(duì)元寶楓籽油的包埋率實(shí)驗(yàn)的研究均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中壁芯比、復(fù)配壁材比例的影響極為顯著(P<0.01)，而壁材濃度得影響相對(duì)較為顯著(P<0.05)。通過三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)的最佳組合為A2B2C2，即壁芯比4∶1，復(fù)配壁材比例為4∶1，壁材濃度為7∶1，元寶楓籽油微膠囊包埋率為75.32%，經(jīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，在此條件下元寶楓籽油包埋率75.32%最大。

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.3 掃描電鏡圖

較優(yōu)條件下元寶楓油脂掃描電鏡如圖2a所示，較優(yōu)條件下元寶楓油脂掃描電鏡放大圖如圖2b所示。在A2B2C2條件下得到的油脂粉末，油脂顆粒比較飽滿，聚集油滴較多；元寶楓油脂持水力不足條件下的掃描電鏡如圖3a所示，元寶楓油脂持水力不足條件下的掃描電鏡放大圖如圖3b所示。它們分別代表壁材濃度(5∶1)過高條件下導(dǎo)至元寶楓油脂持水力不足，四周出現(xiàn)凹陷的掃描電鏡原圖和放大圖像。放置7、30 d后的較優(yōu)條件下元寶楓油脂掃描鏡像的聚集油滴質(zhì)量與剛制取的A2B2C2條件下得到的油脂粉末通過放大圖來看差異不大，保持完好，進(jìn)而表明噴霧干燥技術(shù)制作的元寶楓微膠囊是提升保質(zhì)期限的良好措施。

圖2 較優(yōu)條件較下元寶楓油脂掃描電鏡

圖3 元寶楓油脂持水力不足條件下的掃描電鏡

2.4 氧化性實(shí)驗(yàn)

利用快速氧化實(shí)驗(yàn)，針對(duì)元寶楓微膠囊分別于原油和自然存放的油脂在OSI油脂氧化穩(wěn)定儀對(duì)油脂的OSI值及保質(zhì)期限進(jìn)行對(duì)比，找到OSI及保質(zhì)期限的變化規(guī)律，進(jìn)而驗(yàn)證油脂氧化穩(wěn)定性受微膠囊技術(shù)的影響。元寶楓油脂OSI值的變化表見表3，元寶楓微膠囊的存放對(duì)油脂有一定的保護(hù)作用，30 d后的OSI及保質(zhì)期限明顯大于自然存放的元寶楓油脂。

表3 元寶楓油脂OSI值的變化表

3 結(jié)論

利用噴霧干燥技術(shù)，考察元寶楓微膠囊的包埋率受壁壁材與芯材質(zhì)量比、β-環(huán)糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比、水與壁材體積質(zhì)量比等的影響，確定最佳工藝參數(shù)：在壁材與芯材質(zhì)量比為4∶1，β-環(huán)糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比為4∶1，壁材質(zhì)量與水體積比為1∶7的條件下，元寶楓油脂微膠囊包埋率達(dá)到(75.32±1.02)%。研究得出元寶楓微膠囊對(duì)油脂有保護(hù)作用，具有良好的抗氧化能力，貨架保質(zhì)期限較長(zhǎng)。